Ограниченное содержание энергии в батареях является одним из основных недостатков, препятствующий успешному внедрению технологии EV в настоящее время для каждого автопроизводителя по всему миру. Учитывая, что удельная энергия бензина составляет 9,2 кВт * ч/кг, что соответствует полезной удельной энергии более 3 кВт * ч/кг, становятся очевидными ограничения EV с питанием от батареи. Вот почему любые новости о производстве батарей Teslas 4680 важны, особенно в случае Giga Texas.
В этой связи Илон Маск ответил на многие важные вопросы во время собрания акционеров на этой неделе. Среди них, и когда его конкретно спросили о производстве батарей 4680 в Giga Texas Austin в 2021 году, Илон Маск дал такой интересный ответ:
"...Я не думаю, что в этом году мы увидим производство аккумуляторов 4680 в Техасе, но мы производим 4680 в Калифорнии... на нашем пилотном заводе, который по обычным стандартам является большим заводом и может производить около 10 ГВт/ч в год, так что ... он находится всего в миле от нашей фабрики Giga во Фримонте, так что в основном этот завод сможет производить более чем достаточно элементов для Giga Texas для масштабного производства Model Y; ...и я хочу подчеркнуть: сформировать точку, в которой завод может начать производить автомобили там, где он достигает больших объемов производства, - это занимает обычно около года; это считается очень быстрым".
Он продолжил: "... Итак ... Тесле требуется больше времени, чтобы построить завод, чем для того, чтобы выйти на объем производства после того, как завод будет построен; так что ... как и в Шанхае, мы построили завод за 11 месяцев, но для того, чтобы вывести его на большой объем производства, потребовалось около года; поэтому я ожидаю чего-то подобного и здесь. ... мы, вероятно, поставим несколько автомобилей с завода Giga Texas в этом году, Model Ys; мы не сможем достичь больших объемов производства, вероятно, до конца следующего года".
"Итак... но тогда я также ожидаю, что в следующем году мы также достигнем высоких объемов производства батареи 4680 здесь, в Giga Texas". Таким образом, мы можем в принципе понять, что производство батарей 4680 не начнется в этом году в Giga Texas; что Tesla будет производить около 10 Гвт/ч в год; что во Фримонте будет достаточно производства батарей для производства Model Y в Giga Texas; и что Tesla достигнет высоких объемов производства к концу 2022 года.
Что касается батарей 4680, существует определенное ограничение мощности, поскольку способность батареи доставлять и принимать энергию с очень высокой скоростью ограничена физическими процессами, происходящими внутри элементов батареи. Когда ток поступает в батарею, реакция внутри элемента должна протекать с соответствующей скоростью. Это означает, что динамика реакции на поверхности электрода и перенос ионов (кинетические свойства) должны происходить с той же скоростью, что и подаваемый ток. Из-за больших токов, связанных с высокой мощностью, скорость реакции не может соответствовать скорости подачи тока. В результате емкость батареи уменьшается, и внутри ячейки происходит джоулевый нагрев. Это проблемы, которые уже были решены командой Tesla, согласно имеющейся информации.
Батарея 2170 имеет емкость 5000 мАч и, согласно анализу Сэнди Манро (Источник: MunroLive.com) говорит, что батарея 4680 Tesla будут составлять около ~ 9000 мАч. В настоящее время в Tesla Model 3 помещено 4 416 (2170) батарей. В отличие от этого, для заполнения одного и того же пространства потребуется всего 960 ячеек. Кроме того, аккумуляторная батарея на базе 4680 элементов будет намного проще и дешевле в сборке. Архитектура батарейного блока на базе 2170 состоит из ячеек, разделенных на 4 модуля и далее на блоки по 46 ячеек в каждом. Эта сложность будет устранена с помощью новой конструкции ячейки 4680, а в сочетании с конструкцией ячейки производственный процесс станет еще проще (требуется меньше деталей).
Помимо этих новых 4680 элементов, существует множество различных типов батарей; назвать и рассмотреть некоторые из них, чтобы иметь более широкое представление, давайте рассмотрим следующее:
Свинцово-кислотные аккумуляторы: это старая технология, в которой был достигнут ограниченный прогресс с точки зрения энергии и плотности мощности. Доступны батареи глубокого цикла, которые имеют усиленные электроды, чтобы избежать разделения и образования осадка. Перспективы использования в ЭВС ограничены из-за низкой плотности энергии, чувствительности к температуре и жизненного цикла.
Аккумуляторы на основе никеля: никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы широко используются в тяговых целях и оптимизированы для использования с высоким содержанием энергии. Никель-кадмиевые (NiCd) батареи также обладают хорошим потенциалом для получения высокой удельной энергии и удельной мощности, хотя присутствие кадмия вызывает некоторые экологические проблемы.
Высокотемпературные батареи: на сегодняшний день батареи на основе хлорида натрия и никеля (NaNiCl или Zebra) используются во многих решениях EV 4 . Высокая удельная энергия привлекательна для электромобилей дальнего действия. Высокая рабочая температура (300°C) требует предварительного нагрева перед использованием, что может потреблять довольно много энергии при регулярной длительной парковке. По этой причине эта батарея считается более подходящей для решений, где EV используется непрерывно (общественный транспорт, фургоны доставки и т.д.).
Металлические воздушные батареи: алюминиевые воздушные (Al-air) и цинковые воздушные (Zn-air) батареи используют кислород, поглощаемый из атмосферы при разрядке, и удаляют кислород при зарядке. Плотность энергии этих батарей высока, но более низкая плотность мощности означает, что область применения ограничена. Аккумуляторы Al-air потребляют алюминиевый электрод и должны быть удалены и заменены или переработаны. Некоторые варианты были протестированы там, где парк транспортных средств доставки EV работает с батареями Zn-air, где съемные цинковые кассеты могут быть заменены при разрядке для перезаряжаемых устройств. Из-за низкой удельной мощности металлических воздушных батарей эти типы батарей могут быть ограничены транспортными средствами доставки на большие расстояния, но преимущества рекуперативного торможения могут быть принесены в жертву.
Батареи на основе лития: Батареи на основе лития классифицируются по типу активного материала. Существуют два основных типа: с жидкостью (Li-ион-жидкость) и с полимерным электролитом (Li-ион - полимер). Тип Li-ион-жидкость, как правило, предпочтителен для приложений EV. В литий-ионно-жидком типе есть три литиевых материала: литий кобальт (или оксиды марганца лития), фосфат железа лития и титанат лития.
Литий-марганец: литий-марганец (LiMn 2 O 4 ) предлагает потенциально более дешевое решение. Он был в значительной степени изучен для применения в электромобилях, особенно в Японии. Недостатком этого типа батарей является низкое время автономной работы из-за небольшой растворимости Mn.
Фосфат лития железа: литий-фосфат железа (LiFePO 4 ) батареи производятся многими компаниями в мире и завоевали доверие благодаря их использованию в электроинструментах. Литий-железофосфатные элементы имеют гораздо меньшую плотность энергии, чем элементы стандартного формата, но могут заряжаться намного быстрее—примерно за двадцать - тридцать минут. Кроме того, недавно было сочтено, что LiFePO 4 обладает улучшенной стабильностью при перезаряде, что хорошо для безопасности, очень высокой мощностью и имеет потенциал для снижения затрат, поскольку они используют железо.
Титанат лития: титанат лития позволяет заряжаться порядка десяти минут и, как было показано, имеет чрезвычайно длительный срок службы - порядка 5000 полных циклов разряда. Титанат лития обладает высокой внутренней безопасностью, поскольку графитовый анод двух других батарей заменен оксидом титана.
Оставьте свои комментарии ниже, поделитесь статьей с друзьями и отправьте ее в соц. сети своим подписчикам, этим Вы очень поможете развитию канала.